浅谈离心泵现场可靠性及能效的改进

最近的一次美国能源中断危机，对于许多人来说都是一次打击。它提醒人们对能源供应的依赖程度以及设备可靠性和效率的重要性。泵是能源的主要消耗者，通过提高泵的运行效率，可以节省大量资金，并大大减少运行能耗。

尽管人们认为泵在高效区运行是理所当然的，但绝大多数泵实际上运行效率低下。对能耗的一个非常重要的影响是：泵在其流量-扬程曲线上运行的位置。关于最佳效率点流量（BEP），下面是最常见的典型示例。

很多工厂在泵运行一段时间或几年后性能要求发生了变化，或者在项目设计时，工程公司/设计院/泵制造商预留了太多的安全裕量，从而导致早期为特定流量设计的泵可能不再需要输送该流量，例如，一台以3000 gpm的峰值流量运行的泵，现在只需要提供1500 gpm来满足变化的需求。

当泵的流量被节流或旁通时，移动“不需要的流量”的能量就被浪费了。例如， BEP的初始效率在3000 gpm时为80 %，而在1500 gpm时效率仅为40 %。即使泵的工作点没有显著变化，其内部组件（主要是叶轮、口环和衬套）的磨损也会降低效率（在上例中为75 %）。

有没有想过一台典型的100马力（75 kW）的泵一年消耗多少能量？嗯，答案可能会让你大吃一惊。以每千瓦时0.07美元的价格，每天24小时、每年360天，则每年所消耗的电费为：

75 x 24 x 360 x 0.07 = $45,360

如上例所示，如果泵在BEP左侧以原始效率的一半运行，则只有一半的能量用于有用目的，而另一半则被浪费了（每年浪费$22,680）。

研究表明，由于各种原因，超过50 %的电厂用泵，不再以原始设计效率运行，有时是有意的（系统需要），有时不是。

当离心泵长期远离BEP运行（即偏小流量运行）时，不仅效率低下，而且转子负荷将大大提高、偏转明显增加，泵趋于不稳定区域运行，可靠性明显降低。

一切都有解决的办法，但问题是代价是什么？显然，用一台小规格的泵代替一台效率低的大泵是一种方法。但是，采购一台整泵要花很多钱，而且这只是问题的一部分。更换管道是另一回事，从管道上拆下泵壳、改造成本和所有相关后勤协调工作都会比更换泵本身带来更多的麻烦。而且，在某些情况下，甚至想改变管道几乎是不可能的。

最好的解决方案是修改泵内部水力零件，通过在现有壳体内更换（专门为新的所需流量而设计的）新的叶轮。这是一种更经济、更方便、更实用的方法。

同时，如果应用允许，叶轮可以由工程复合材料制成、且可借助3D打印来完成快速更换，与金属相比重量减轻了80 %。Simsite复合材料具有优异的耐大多数化学品性能，可承受300-400华氏度的高温，强度接近金属，可应用于盐水、卤水、苦咸水、原水或污水、循环水、废水和雨水、冷凝水等。这种大幅减轻叶轮重量的另一个好处是降低了轴的偏转，从而延长密封、轴承和联轴器的使用寿命。

另外，还可在不改变泵的情况下，通过更换一只变频电机的办法来满足新的性能要求，这样可以确保泵靠近或处于高效区运行。但是，同样涉及到改造费用问题。

注：文章主要信息来源于Lev Nelik/Pump Magazine。